Natrijev hidroksid, znan tudi kot lužni kamen in kavstična soda,Material Safety Datasheet (PDF) . certified-lye.com.Material Safety Datasheet 2 (PDF). hillbrothers.com. je kemična spojina s formulo NaOH. Je bela trdna ionska spojina, sestavljena iz natrijevih kationov Na+ in hidroksidnih anionov OH−.
Natrijev hidroksid je zelo bazičen. Proteine razgrajuje že pri sobni temperature in lahko povzroči nevarne kemične opekline. Zelo dobro je topen v vodi in absorbira vlago in ogljikov dioksid iz zraka. Z vodo tvori niz hidratov s formulo NaOH.nH2O.P.R. Siemens, William F. Giauque (1969). "Entropies of the hydrates of sodium hydroxide. II. Low-temperature heat capacities and heats of fusion of NaOH•2H2O and NaOH•3.5H2O". Journal of Physical Chemistry, 73 (1): 149–157. doi: 10.1021/j100721a024. Monohidrat NaOH.H2O kristalizira iz vodnih zaztopin med 12,3 in 61,8 °C. Trgovski "natrijev hidroksid" je pogosto monohidrat, njegova deklaracija pa se pogosto nanaša na brezvodno spojino. NaOH je eden od najenostavnejših hidroksidov, ki se pogosto uporablja za nevtralizacijo vode in raztopin klorovodikove kisline pri laboratorijskih demonstracijah in razlagah pH.Examples of Common Laboratory Chemicals and their Hazard Class .
Natrijev hidroksid ima široko industrijsko uporabnost v proizvodnji celuloze in papirja, tekstila, pitne vode, mila in detergentov in čiščenju odplak. Svetovna proizvodnja natrijevega hidroksida leta 2010 je znašala približno 60 milijonov ton. Cetin Kurt, Jürgen Bittner. Sodium Hydroxide. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi: 10.1002/14356007.a24_345.pub2.
Lastnosti Fizikalne lastnosti Čist natrijev hidroksid je brezbarvna kristalinična trdnina s tališčem 318 °C, pri katerem ne razpada, in vreliščem 1388 °C. V vodi je zelo dobro topen. V manj polarnih topilih, kot sta etanol in metanol je manj topen.Sodium Hydroxide Storage Tanks & Specifications. Protank. 8. september 2018. pridobljeno 21. novembra 2018. V etru in drugih nepolarnih topilih je netopen.
Raztapljanje natrijevega hidroksida v vodi je zelo eksotermna reakcija, podobna raztapljanju žveplove kisline.Exothermic vs. Endothermic: Chemistry's Give and Take . Discovery Express. Velika količina sproščene toplote lahko povzroči brizganje in ogroža varnost. Nastala raztopina je praviloma brez barve in vonja. V stiku s kožo postane spolzka zaradi umiljenja naravnih olj kože.
Viskoznost Koncentrirana 50% vodna raztopina natrijevega hidroksida ima pri sobni temperaturi dinamično viskoznost 78 mPa•s, ki je mnogo večja od viskoznosti vode (1 mPa•s) in zelo podobna viskoznosti oljčnega olja (85 mPa•s). Viskoznost je obratno sorazmerna s temperaturo, se pravi, da z naraščajočo temperaturo pada in obratno. Viskoznost igra pomembno neposredno vlogo v njenih rabi in skladiščenju.
Hidrati Natrijev hidroksid lahko tvori več hidratov NaOH•nH2O, kar ima za posledico kompleksen topnostni diagram, ki ga je podrobno opisal S.U. Pickering leta 1893.Spencer Umfreville Pickering (1893). "LXI.—The hydrates of sodium, potassium, and lithium hydroxides". Journal of the Chemical Society, Transactions, 63: 890–909. doi: 10.1039/CT8936300890. Znani hidrati in približna območja temperatur in koncentracij (masni odstotek NaOH) njihovih nasičenih vodnih raztopin so: Heptahidrat, NaOH•7H2O: od -28 °C (18,8%) do −24 °C (22.2%). Pentahidrat, NaOH•5H2O: od −24 °C (22,2%) do −17,7 (24,8%). Tetrahidrat, NaOH•4H2O, α oblika: od −17,7 (24,8%) do +5,4 °C (32.5%).S. C. Mraw, W. F. Giauque (1974). "Entropies of the hydrates of sodium hydroxide. III. Low-temperature heat capacities and heats of fusion of the α and β crystalline forms of sodium hydroxide tetrahydrate". Journal of Physical Chemistry, 78 (17): 1701–1709. doi: 10.1021/j100610a005. Trihemihidrat, NaOH•3,5H2O: od +5.4 °C (32,5%) do +15,38 °C (38,8%) in nato do +5,0 °C (45,7%). Trihidrat, NaOH•3H2O: metastabilen. Dihidrat, NaOH•2H2O: od +5,0 °C (45,7%) do +12.3 °C (51%). Monohidrat, NaOH•H2O: od +12,3 °C (51%) do 65,10 °C (69%) nato do 62,63 °C (73,1%).L.E. Murch, W.F. Giauque (1962). "The thermodynamic properties of sodium hydroxide and its monohydrate. Heat capacities to low temperatures. Heats of solution". Journal of Physical Chemistry, 66 (10): 2052–2059. doi: 10.1021/j100816a052.
Zgodnja poročila so omenjala tudi hidrate z n=0,5 ali n=2/3, kasnejše raziskave pa njihovega obstoja niso potrdile.
Edina hidrata s stabilnim tališčem sta NaOH•H2O (65,10 °C) in NaOH•3,5H2O (15,38 °C). Drugi hidrati, razen metastabilnih NaOH.3H2O in NaOH.4H2O (β) lahko kristalizirajo iz raztopin z ustrezno sestavo. Raztopine NaOH se zlahka podhladijo za več stopinj, kar omogoča tvorjenje hidratov, vključno z metastabilnima, iz raztopin z različnimi koncentracijami.
Primer: če se raztopino NaOH in vode z molskim razmerjem 1:2 (52,6% NaOH) ohladi, začne pri približno 22 °C kristalizirati monohidrat pred dihidratom. Če se raztopino zlahka podhladi na −15 °C, lahko hitro kristalizira kot dihidrat. S segrevanjem se trdni dihidrat pri 13,35 °C stali neposredno v raztopino, pri čemer se pogosto razgradi v trdni monohidrat in tekočo raztopino. Hidrat z n=3,5 je težko kristalizirati, ker se mora raztopino podhladiti do te mere, da postanejo bolj stabilni drugi hidrati.
Vroča vodna raztopina, ki vsebuje 73,1 masnih % NaOH, je evtektik, ki se strdi pri približno 62,63 °C kot intimna zmes brezvodnih in monohidratnih kristalov. G.E. Brodale, W.F. Giauque (1962). "The freezing point-solubility curve of aqueous sodium hydroxide in the region near the anhydrous-monohydrate eutectic". Journal of Physical Chemistry, 66 (10): 2051–2051. doi: 10.1021/j100816a051.
Drugi stabilen evtektik vsebuje 45,4% NaOH in se strdi pri približno 4,9 °C v zmes kristalov dihidrata in 3,5-hidrata.
Tretji stabilni evtektik vsebuje 18,4% NOH. Strdi se pri približno −28.7 °C kot zmes vodnega ledu in heptahidrata NaOH•7H2O. M. Conde Engineering. "Solid-Liquid Equilibrium (SLE) and Vapour-Liquid Equilibrium (VLE) of Aqueous NaOH". Pridobljeno 29. aprila 2017.
Če se ohlajajo raztopine z manj kot 18,4% NaOH, najprej kristalizira vodni led, NaOH pa ostane v raztopini.
α oblika tetrahidrata ima gostoto 1,33 g/cm3. Pri 7,55 °C se delno stali v rekočino s 35,7% NaOH in gostoto 1,392 g/cm3, zato plava, podobno kot led na vodi. Pri približno 4,9 °C se stali v zmes trdnega NaOH•3,5H2O in tekoče raztopine.
β oblika tetrahidrata je metastabilna in se pri podhladitvi pod −20 °C pogosto spontano pretvori v α obliko. Ko se proces začne, je eksotermna pretvorba končana v nekaj minutah, pri čemer se volumen trdne snovi poveča za 6,5%. β oblika lahko kristalizira iz podhlajenih raztopin pri −26 °C in se delno tali pri −1.83 °C.
Trgovski "natrijev hidroksid" je pogosto monohidrat z gostoto 1,829 g/cm3. Fizikalni in tehnični podatki zanj se lahko nanašajo nanj in ne na brezvodno spojino.
Kristalna struktura NaOH in njegov monohidrat tvorita ortorombske kristale s prostorskima skupinama Cmcm (oS8) oziroma Pbca (oP24). Dimenzije osnovne celice monohidrata so a = 1,1825, b = 0,6213, c = 0,6069 nm. Atomi so razporejeni v hidrargilitu podobnem sloju z zgradbo /O Na O O Na O/... Vsak atom natrija je obdan s šest atomi kisika, tremi iz hidroksilnih anionov HO− in tremi iz molekul vode. Vodikovi atomi hidroksilov tvorijo močne vezi s kisikovimi atomi znotraj vsakega sloja O. Sosednji sloji O so med seboj povezani z vodikovimi vezmi med molekulami vode. Jacobs, H., Metzner, U. (1991). "Ungewöhnliche H-Brückenbindungen in Natriumhydroxidmonohydrat: Röntgen- und Neutronenbeugung an NaOH•H2O bzw. NaOD•D2O". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 597 (1): 97–106. doi: 10.1002/zaac.19915970113.
Kemijske lastnosti Reakcija s kislinami Natrijev hidroksid reagira z enoprotonskimi kislinami in tvori vodo in ustrezne soli. Primer: v reakciji s klorovodikovo kislino nastaneta voda in natrijev klorid:
NaOH(aq) + HCl(aq) -> NaCl(aq) +H2O(l)
Takšno nevtralizacijsko reakcijo se lahko zapiše z enostavno splošno ionsko reakcijo:
OH- (aq) + H+(aq) -> H2O (l)
V tovrstni reakciji z močno kislino se sprošča toplota, torej je eksotermna. Takšne kislo-bazične reakcije se lahko uporabijo za titracije. Natrijev hidroksid se ne uporablja kot primarni standard, ker je higroskopen in absorbira ogljikov dioksid iz zraka.
Reakcija s kislimi oksidi Natrijev hidrokskid reagira s kislinskimi oksidi, na primer z žveplovim dioksidom. Takšne reakcije se pogosto uporabljajo za izpiranje škodljivih kislih plinov, na primer SO2 in H2S, ki nastajata pri zgorevanju premoga in zato ne onesnažujeta ozračje:
2NaOH + SO2 -> Na2SO3 + H2O 2NaOH + H2S -> Na2S + 2H2O
Reakcija s kovinami in oksidi Steklo počasi reagira z vodno raztopino natrijevega hidroksida in tvori topne silikate. Steklovina po dolgi izpostavljenosti postane motna. NaOH pri sobni temperaturi železa ne najeda, ker železo nima amfoternih lastnosti (topno je samo v kislinah). Pri visokih temperaturah (nad 500 °C) lahko železo endotermno reagira z NaOH in tvori železov(III) oksid, kovinski natrij in plinasti vodik.祖恩, 许 (1992), 钾素,钾肥溯源[J] Reakcija poteka zaradi nižje tvorbene entalpije železovega(III) oksida (−824.2 kJ/mol) v primerjavi v natrijevim hidroksidom (-500 kJ/mol). Rekacija je termodinamično bolj ugodna, čeprav zaradi njenih endotermnih lastnosti ne poteka spontano. Med raztaljenim NaOH in uprašenim železom poteka naslednja reakcija:
4Fe + 6NaOH -> 2Fe2O3 + 6Na + 3H2
Nekaj prehodnih kovin lahko burno reagira z natrijevim hidroksidom. Leta 1986 se je v Združenem kraljestvu za prevoz 25% raztopine NaOH pomotoma uporabila avtomobilska cisterna iz aluminija,Stamell, Jim (2001). EXCEL HSC Chemistry, Pascal Pres. str. 199. ISBN 978-1-74125-299-6. kar je povzročilo povišanje tlaka zaradi sproščanja vodika in poškodbo cisterne:
2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2NaAl(OH)4 + 3H2
Obarjalno sredstvo V nasprotju z natrijevim hidroksidom, ki je dobro topen v vodi, so hidroksidi večine prehodnih kovin netopni, zato se natrijev hidroksid lahko uporabi za obarjanje hidroksidov prehodnih kovin. Nekateri kovinski hidroksidi so obarvani:
bakrov – modro železov(II) – zeleno Železov(III) - rumeno
Cinkove in svinčeve soli se v prebitku natrijevega hidroksida raztapljajo in dajejo čiste raztopine Na2ZnO2 oziroma Na2PbO2.
Aluminijev hidroksid se uporablja kot flokulant pri pripravi vode. Aluminijev hidroksid se pripravi iz aluminijevega sulfata z reakcijo z natrijevim hidroksidom ali natrijevim bikarbonatom: Al2(SO4)3 + 6NaOH -> 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 Al2(SO4)3 + 6NaHCO3 -> 2Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 6CO2
Saponifikacija Natrijev hidroksid se lahko uporabi za bazično hidrolizo estrov (saponifikacija masti in olj), amidov in alkil halidov (haloalkani). Zaradi omejena topnosti natrijevega hidroksida v organskih topilih se namesto njega pogosto uporablja bolj topen kalijev hidroksid (KOH).
Prijemanje trdnega natrijevega hidroksida z golimi rokami ni priporočljivo, ker maščobe na površini kože pretvori v mila in uniči naravno začito kože pred delovanjem njega samega.
Proizvodnja Natrijev hidroksid se industrijsko proizvaja po različnih elektrolitskih postopkih, na primer z elektrolizo vodne raztopine natrijevega klorida, najpogosteje kot 50% vodna raztopina.Fengmin Du, David M Warsinger, Tamanna I Urmi, Gregory P Thiel, Amit Kumar, John H Lienhard (2018). "Sodium hydroxide production from seawater desalination brine: process design and energy efficiency". Environmental Science & Technology. 52 (10): 5949–5958. Bibcode: 2018EnST...52.5949D. doi: 10.1021/acs.est.8b01195.hdl:1721.1/123096. PMID 29669210. V teh procesih nastaja tudi plinasti klor. Med elektrolizo vodne raztopine natrijevega klorida potekata naslednji reakciji:
2NaCl(aq) -> 2Na(s) + Cl2(g) 2Na(s) + 2H2O(l) -> 2NaOH(aq) + H2(g)
Trden natrijev hidroksid se proizvaja iz teh raztopin z izparevanjem vode. Kot tak je največkrat v obliki kosmičev, granul ali blokov.